不同灌排模式對避雨環境下番茄品質的影響

孔瓊菊，鄧 升*，王萱子，裴世強，萬春泉

(1.江西省水利科學研究院 農村水利研究所，江西 南昌 330029；2.江西省洪圖水利水電設計有限公司，江西 南昌 330029)

不同灌排模式對避雨環境下番茄品質的影響

孔瓊菊1，鄧 升1*，王萱子1，裴世強2，萬春泉1

(1.江西省水利科學研究院 農村水利研究所，江西 南昌 330029；2.江西省洪圖水利水電設計有限公司，江西 南昌 330029)

為了優選南方地區番茄優質、節水的高效模式，研究了避雨環境下不同灌排方式對番茄品質的影響。結果表明：相對于其他處理，無避雨措施的處理(T1)的番茄品質較差。相同暗管埋深下，充分灌水處理的品質指標元素含量顯著低于各虧缺灌溉處理，其中，T6、T10灌水量最少的2個處理的可溶性糖分別比對照高35.18%、38.93%；相同灌水下限的灌排處理，暗管埋深越深，品質指標元素總體含量表現為越多，但對可溶性固體物含量的影響不顯著。利用主成分分析法對不同控水處理的番茄品質進行評價，結果表明：T4與T8的綜合主成分的得分最高，是能夠得到節水、優質的優選方案。

番茄；灌排模式；品質；主成分分析；優選

目前，我國主要采取設施栽培技術來改善果實品質，延長供貨期來滿足市場對葡萄等作物的需求[1-2]。避雨栽培可以作為一種有效的防治手段預防病蟲害、減少農藥的施用以及水肥流失、提高番茄等作物的品質、調整采收期[3-4]。番茄的水分狀況與品質密切相關，土壤水分變化會直接引起作物內部的生理變化，最終表現在番茄品質上。不同控水對番茄品質的影響相對復雜，前人關于追求高產灌溉下露天或溫室栽培作物的耗水規律和品質響應已做了大量研究[5-7]。但避雨下不同灌排處理使得番茄生長的基本條件發生了改變，因此有必要對避雨下不同灌排處理作物的品質影響開展進一步的試驗研究。

主成分分析是將多個指標轉化為較少幾個綜合指標的一種多元統計方法，廣泛應用于諸多領域的綜合評價中[8-10]。目前應用于避雨下不同灌排方式的番茄品質評價的研究較少，本研究應用主成分分析法評價番茄綜合品質，優選節水、優質灌排模式，為高效種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及試驗設計

試驗于2013年3～9月在河海大學教育部重點實驗室避雨小區內進行(N 31°57′,E 118°50′)，試驗地成土母質為下蜀黃土，土壤質地為粘壤土，試驗場地設鋼架結構避雨棚，長18 m、寬8 m，東西兩側設有排水溝，溝深1 m,水泥襯砌，地下鋪設暗管，間距7 m，埋深分別為0.6和0.8 m。供試番茄為“中蔬四號”，于4月13日選取生長狀況一致的幼苗移栽定植，移栽前開溝起壟，溝深15～20 cm，溝寬30 cm，每小區種植兩行，行距60 cm,株距50 cm,種植密度為4.17萬株/hm2。為確保幼苗的成活率，定植后對各處理灌水1次，灌水量相同，并施農家肥作為底肥，6月8日追加尿素(含N 46%)200 kg/hm2,各處理其他田間管理措施(如鋤草、催熟等)均保持一致。試驗共設10個處理(表1)，每個處理3次重復，共30個小區，各小區隨機布設。各處理間設保護區，且在各處理暗管的出口安裝水表及水桶，用來測量排水量；灌水量借助廊道式蒸滲儀中自動灌溉系統中數字水表來測量。

表1 避雨栽培番茄試驗處理

注：表中灌水下限80%指田間持水量的80%。

1.2 觀測項目及方法

1.2.1 水位及土壤水分觀測方法

在番茄生育期內用取土烘干法測定0～10、10～30、30～50 cm各層次的土壤含水率分布(包括濕潤區和干燥區)，每3～5 d觀測1次，灌水前后加測。從移栽后33 d開始，每隔5 d測量1次地下水位，監測3種暗管埋置條件下地下水位的變化情況。

1.2.2 品質指標 果實密度：電子稱測質量，排水法測體積，根據重量和體積計算密度。可溶性固形物：取果實汁液利用手持折光儀測量可溶固形物的含量；可溶性糖：稱1 g鮮果研細，加25 mL蒸餾水煮沸10 min，定容250 mL,取1 mL提取液，加入5 mL蒽酮試劑煮沸10 min后取出冷卻，測定吸光度，從標準曲線查得濾液含糖量，計算含糖百分數；總酸含量：稱取5 g鮮果研細，加30 mL蒸餾水在80 ℃水浴中加熱30 min,過濾并定容50 mL,提取樣品10 mL,加3滴1%酚酞試劑，用NaOH滴定；維生素C：取30 g樣品，加1%草酸磨成勻漿，轉入200 mL容量瓶中，加入30%硫酸鋅和15%亞鐵氰化鉀各0.5 mL，用1%草酸定容，搖勻后過濾，取5 mL濾液滴定。

2 結果與分析

2.1 對果實外觀品質的影響

從表2可知，T1的單果質量、體積及密度平均值均最小，這是由于我國大陸季風氣候不利于番茄正常生長，高溫高濕極易使露地栽培的番茄遭受較為嚴重的病害。T4和T8的單果質量較T3和T7有所提高，說明在70%正常灌水量時，適當水分虧缺能增加單果質量，但隨著灌水量繼續減少，單果質量有所下降；隨著灌水量的減小和暗管埋深的加深，T10與其他有避雨措施處理具有顯著性差異，說明嚴重水分虧缺會導致單果質量下降。單果體積變化對土壤含水量的響應規律與單果質量相似。果實密度除T1外，其他控水處理間未出現顯著性差異，但隨著灌水量的減少，果實密度隨之上升，T10果實密度最大。

表2 不同灌排處理下番茄品質評價指標

注：表中數據為每處理6株平均值，不同小字母表示同一測定時間內同一列數值在0.05水平上的差異顯著性。

2.2 對果實內在品質的影響

T10的可溶性糖含量最高，為7.03%，CK可溶性糖含量最低，僅為4.90%，避雨各處理的可溶性糖較對照均有顯著增加；充分灌水的T2、T3和T7的可溶性糖含量顯著少于虧缺灌溉處理，其中T6、T10的可溶性糖分別比對照高35.18%、38.93%；避雨環境相同暗管埋深下，灌水量越少，可溶性糖含量越高；相同灌水下限的處理，暗管埋深越深，可溶性糖總體表現為越多。可溶性固體物的變化規律與可溶性糖基本相同，避雨下各處理的可溶性固體物顯著高于對照，相同暗管埋深，灌水量越小，可溶性固體物含量越高；灌水量相同，暗管埋的深度對可溶性固體物含量的影響不顯著(表2)。

有避雨措施的有機酸含量顯著高于CK，隨著灌水量的減少，有機酸含量增加，其中T4、T5、T6、T9和T10含量顯著高于T3和T7。CK的維生素C含量顯著低于其他處理，不同灌排處理下，維生素C含量隨著灌水量減少而減少，因此，維生素C含量受灌水量影響較大。隨著土壤含水量下降，果實可溶性糖、可溶性固體物、有機酸、維生素C等含量均有所增加,說明適當水分虧缺可以提高番茄的口感及營養價值，從而提高番茄果實的內在品質。

2.3 番茄果實品質綜合評價體系的建立

2.3.1 綜合主成分分析 主成分分析與評價是一種多元統計方法，通過將多個變量的線性變化，在少損失原有指標信息的情況下，實現減少變量個數與綜合評價的目的。具體計算與評價步驟如下。

若有n個處理，每個處理觀測p項品質指標，可記作x1,x2,…,xp，所形成品質指標矩陣可表示為：

(1)

(2)

(3)

(3)得到標準化評價指標Zj=(Z1j,Z2j,…,Znj)T并計算其相關系數矩陣。

(4)

式(4)中rjk表示品質評價指標Zj和Zk之間的相關性系數，其中k=1,2,…,p。

(4)根據相關系數矩陣R的特征根λk及相應的特征向量αk=(αk1,αk2,…,αkp)T，計算第k個主成分fik。

fik=αk1zi1+αk2zi2+αk3zi3+…+αkpzip

(5)

(5)將選出的m個主成分的方差貢獻率ηk=λkp作為權重，將少數m個主要主成分進行線性組合，得到評價番茄品質的綜合主成分Fi。

Fi=η1fi1+η2fi2…+ηmfim

(6)

(7)

2.3.2 綜合主成分評價 將番茄各項品質評價指標標準化后形成相關系數矩陣R，采用SPSS對相關系數矩陣R進行主成分計算，見表3。結果表明，前兩個主成分累積方差貢獻率為98.97%(大于85%)，因此可選擇前兩個主成分f1和f2的作為主要主成分。其中第一個主分量f1對原有信息的方差貢獻率達到67.978%，由表3可知這些主成分主要包括了可溶性糖(X1)、可溶性固體物(X2)，有機酸(X3)、維生素C(X4)等指標的變異信息，主要反映番茄的內在品質指標；第二主成分則主要反映了質量(X5)、體積(X6)的變異信息，這2項主要反映番茄的外部指標。

表3 主要主成分的系數和貢獻率

避雨下不同控水番茄品質綜合主成分評價結果及其優劣排序如表4所示，其中T4的綜合主成分評價值最高，其次為T8，無避雨措施的T1綜合主成分評價值最小。說明適當水分虧缺可以提高作物的綜合品質，T6和T10雖提升了果實的可溶性糖等指標的含量，改善了果實內在品質，但因嚴重水分虧缺對果實外觀影響較大，因此綜合主成分相對較低。相同灌水下限下不同暗管埋置的各處理間，T2綜合主成分較T3和T7分別降低了38.6%和44.6%，說明有暗管埋置可以通過控制地下水位，調節土壤含水率來改善番茄品質；相同灌水下限下不同暗管埋置深度的各處理間兩兩差別不明顯，說明暗管埋置深度對番茄綜合品質影響不大。

表4 不同控水處理番茄品質綜合主成分

3 結論

本文通過研究避雨栽培不同灌排模式對番茄品質的影響得出以下結論：

(1)無避雨措施的T1外在品質最差，說明高溫高濕極易使番茄受到病害。避雨下單果質量在灌水量適量下降時略有增加，但到一定程度后質量下降顯著，體積與質量表現出相似的變化規律，但果實密度隨著灌水量的減少而增加。

(2)番茄生育期內，適當減少灌水量，使得土壤含水率降低，可以增加番茄可溶性糖、有機酸及維生素C的含量，改善番茄品質以及營養價值。

(3)番茄品質有多個評價指標的情況下，為了實現減少變量個數且達到綜合評價目的，用主成分分析法對不同控水的番茄品質進行評價，結果顯示T4與T8的綜合主成分得分最高。

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(責任編輯：曾小軍)

Influence and Optimization of Different Irrigation and Drainage Modes on Fruit Quality of Tomato Cultivated in Rain-shelter

KONG Qiong-ju1, DENG Sheng1*, WANG Xuan-zi1, PEI Shi-qiang2, WAN Chun-quan1

(1. Institute of Rural Water Conservancy, Jiangxi Academy of Hydro Sciences, Nanchang 330029, China;2. Jiangxi Hongtu Water Conservancy and Hydropower Design Company Limited, Nanchang 330029, China)

In order to optimize good-quality and water-saving tomato cultivation mode in Southern China, the author studied the influence of different irrigation and drainage modes on the fruit quality of tomato under rain-shelter condition. The results showed that tomato quality in the check T1(without rain-shelter measure) was poorer than that in other treatments. Under the condition of the same concealed drainage conduit depth, the element content in tomato fruits in the treatment of full irrigation was significantly lower than that in the deficit irrigation treatments, and the soluble sugar content in the least irrigation treatments T6and T10was 35.18% and 38.93% higher than that in the check, respectively. Under the condition of the same irrigation lower limit, the element content generally increased with the increase in concealed drainage conduit depth, but concealed drainage conduit depth had no significant impact on the soluble solid content. The tomato quality in different irrigation and drainage treatments was evaluated by using principal component analysis (PCA), and the results indicated that the treatments T4and T8obtained the highest score of comprehensive principal component, and they were the optimum modes for the good-quality and water-saving cultivation of tomato.

Tomato; Irrigation and drainage mode; Quality; Principal component analysis; Optimization

2016-08-29

國家自然科學基金項目(51279059)；江西省水利廳科技項目(KT201304)。

孔瓊菊 (1972─),女，云南宣威人,高級工程師，碩士，主要從事水文與水資源研究。*通訊作者：鄧升。

S641.2

A

1001-8581(2017)02-0045-04